车载自组织网络中，主要通过广播的方式传送信息。然而，由于车载自组织网络的高速移动性和不利的无线环境，要有效地把信息广播给其他的车辆是一个很大的挑战。首先，因为在MAC(Medium Access Control)层没有确认机制应用于广播信息，所以由分组碰撞和不利的信道条件导致的信息丢失不容易被检测到。由于大多数的信息是至关重要的，应被尽可能快地传送给其他车辆,然而,传统的广播机制没有确认机制从而不适用于车间信息传送。其次,在网络里无有效的广播控制，多跳冗余信息就会在节点之间相互传送,这就导致了广播风暴,显著降低网络资源利用率。

    参考文献[1]提出了将节点通信范围进行分区的方法，源节点通过判断自己通信范围内节点发送占用信息时间的长短来确定各个节点的位置，解决了中继节点的选择问题，但是并没有解决延时和并行碰撞的问题。参考文献[2]针对参考文献[1]的缺陷进行了改进，该方法通过分区的方式找到距离源节点最远的相同区域内的节点，为相同区域内的节点设置不同的退避窗口值以减少并行碰撞，降低延时。参考文献[3]提出为数据包设置不同优先级的方法，紧急信息拥有较高优先级，而服务信息拥有较低优先级；DIFS(Distributed Inter-Frame Space)被分为很多微时隙，当紧急信息与服务信息退避窗口值一样时，紧急信息监听一个微时隙，而服务信息监听一个DIFS, 这样就保证了紧急信息能够优先接入信道，减少碰撞。然而，当节点接收到紧急信息以后就会抑制其他信息的发送，倘若紧急信息由于系统的一些固有缺陷一直发送不出去，那么节点的缓存队列长度就会一直增加，当队列长度大于节点缓存器的最大值时，某些数据包就会被丢掉，若数据包的等待时间过长，就容易导致数据包的生命周期超时，也会引起数据包的丢失，进而降低整个系统的接收率和吞吐量，还会引起系统延时过大。
    本文针对参考文献[3]的问题，结合微时隙减少碰撞的机制，提出了一种基于缓存队列长度BQLP(Buffer Queue Length Protocol)的广播协议。与参考文献[3]的面向接收者ROBP(Receiver-oriented Broadcast Protocol)的广播协议相比，该协议能够较好地提高数据包接收率并降低延时和丢包率。
1 系统模型
    通过许多假设来建立一个合理的易于处理的模型来描述方案的性能。假定建筑在高速路上的基于802.11的无线自组织网络广播被简化为一维的移动自组织网络，如图1所示，它包含了一系列在一条线上的随机的相同的移动站。一维网络模型是高速路上自组织网络的一个很好的近似。
    车载自组织网络在以下场景中工作：
　    (1)在网络密度为π的环境下，节点依据泊松过程排在一条线上，即在一条长为l的道路上节点被发现的概率P(i,l)由式(1)给出:
  
    (2)所有的节点都有相同的传送范围/接收范围，范围用R表示。因此，在源节点传输范围内同一条线上的节点的平均数是Ntr=2?茁R。
    (3)所有节点有相同的载波监听范围Lcs， R≤Lcs≤2R,且假设节点与节点之间的距离大于R时，一个节点的传送不会影响其他节点接收其他的广播信息。因此，将源节点放在原点，如图1所示，倘若源节点在它的监听范围内{x|x∈[-Lcs,Lcs]}监听到来自任何一个节点的传播，源节点在此刻就不会发送任何信息。
    (4)在每个节点处，信息包的到达率满足参数为λ的泊松分布。
　(5)在这个模型中不考虑节点移动性对性能的影响。事实上，在参考文献[4]和[5]中已经证明车辆的高速移动性对具有高数据传输率(≥12 Mb/s)的广播网络的性能影响很小。
2 协议描述
2.1基于缓存队列长度的广播协议
    在车载自组织网络中,为了减少数据包的碰撞概率，提高数据包的接收率，常常将数据包分为紧急数据包和服务数据包,为紧急数据包分配较小的退避窗口值，确保紧急数据包优先发送。当节点接收到紧急数据包以后就会抑制其他数据包的发送，只有当节点接收到的紧急数据包发送出去以后，其他数据包才有可能被发送出去。然而当节点密度较大时，大量的数据包就会积压在节点的缓存器中，这就导致了缓存器中队列长度过长，从而增加了时延和丢包率。
    针对上述问题，本文提出一种基于缓存队列长度的广播协议。该协议的思想是：缓存队列的长度越长，发送信息的优先级就越高；缓存队列的长度越短，发送信息的优先级就越低。当节点接收到紧急信息以后，该协议会判断节点缓存器中数据包队列长度是否大于缓存器的最大值，若是，则会提高该节点发送信息的优先级，优先将信息发送出去。
    假设每个节点的缓存器长度最大值都为Kmax,节点的实际缓存队列长度为K，则基于缓存队列长度的优先级表达式为:
  
其中，C是指节点发送信息的优先级，C越大表明节点发送信息的优先级就越高，信息就优先发送出去。尽管接收到紧急信息的节点会抑制其他信息的发送，但是，该机制根据实际缓存队列的长度调整节点发送数据的优先级，减少了因实际缓存队列长度大于缓存队列长度最大值而造成的丢包，同时也减少了因数据包生命周期超时而造成的丢包，进而降低了系统的丢包率，提高了数据包的接收率和节点接收率。通过调整节点发送数据包的优先级，降低了数据包的队列延时和接入延时，数据包的传播延时是固定的，由此可知，数据包传送的总延时就降低了。
2.2 利用微时隙减少碰撞的机制
    基于缓存队列长度的广播协议有效地降低了数据包的丢包率，减小了数据包接收延时。为了进一步提高协议的可靠性，本文还采用了利用微时隙减少碰撞的机制。该机制没有采用参考文献[6]和参考文献[7]利用不同的退避窗口尺寸减少碰撞的方法，而是采用了一种新的优先权设置机制来区分不同信息的级别，并结合微时隙来减少并行传输导致的碰撞。该优先权设置机制将非零退避窗口值分配给服务信息，零退避窗口值分配给紧急信息。若节点密度较大，则紧急信息和服务信息由于有相同的零退避计数值会导致碰撞。为了给携带紧急信息的节点优先分配信道，将DIFS分成许多长度为lm的微时隙，分配一个短暂的等待时间tm(lm≤tm≤DIFS)给携带紧急信息的节点。然而，携带服务信息的节点在发送之前必须等待一个DIFS时隙，这样就保证紧急信息一旦准备发送就能立即得到信道。采用DIFS微时隙机制减少了由于并行传输导致碰撞的可能，有效地保证了紧急信息能够优先地发送出去。应用参考文献[8]微时隙的概念，微时隙的长度lm和个数wm由式(3)和式(4)计算出来：
    

  的影响，数据包的接收率会随之降低，当节点数大于220时，BQLP协议的数据包接收率明显优于ROBP协议的数据包接收率。

    图4比较了ROBP协议和BQLP协议的节点接收率。从图中可以看出，BQLP协议的节点接收率高于ROBP协议的节点接收率。随着节点数目的增加，节点接收率会有所降低，BQLP协议的节点接收率变化较平稳，而ROBP协议的节点接收率在节点数大于200时有恶化趋势。节点密度较大时，大量数据包将积聚在节点缓存器中容易导致队列长度过长,增加丢包率,进而降低节点接收率。

    图5比较了ROBP协议和BQLP协议的服务信息传输时延。从图中可以看出，BQLP协议的传输时延低于ROBP协议的传输时延。这是因为BQLP协议根据缓存队列长度调整节点发送优先级，减小了数据包排队延时。随着节点数的增加，传输延时有所上升，然而平均延时（<1 ms）仍然很小，对服务信息来说这个时延大小在可以接受的范围内。

    ROBP协议将信息分为紧急信息和服务信息，保证了紧急信息的各个参数指标的优越性。本文在此基础之上提出一种基于缓存队列长度优先发送的广播协议，本协议在保证紧急信息发送性能优越的基础之上，提升了服务数据包的接收率，降低了服务数据包发送时延。在未来的工作中，将致力于把协议应用于更复杂的移动场景(如二维场景)。
参考文献
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